基于土芯法的亚热带常绿阔叶林细根空间变异与取样数量估计

树木细根具有高度空间异质性,确定合理的细根取样策略是林木细根研究的前提。通过在福建省三明米槠天然常绿阔叶林内随机钻取96个土芯,分析细根生物量和形态特征的空间变异特征,并估计各指标所需的取样数量。结果表明:(1)随着径级增加,细根各指标变异系数增大,相应的取样数量增加;(2)随着土壤深度增加,单位面积细根生物量变异程度和相应的取样数量均增加。在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0-1 mm和1-2 mm的细根,分别采集16和42个样品可以满足测定单位面积细根生物量,采集17和31个样品可以满足测定单位面积细根长度,采集25和33个样品可以满足测定单位面积细根表面积。Shapiro-Wilk检验表明,除表层土壤0-1 mm细根单位面积生物量符合正态分布外,其余细根生物量和形态指标数据均不符合正态分布。研究结果为亚热带常绿阔叶林细根的合理取样提供了科学依据。     

关帝山华北落叶松人工林细根生物量空间分布及季节变化

利用根钻法研究了山西关帝山华北落叶松（Larix principis—rupprechtii Mayr）人工林细根生物量的空间分布和季节变化特征。结果表明,华北落叶松不同径级细根生物量随土层深度的增加而逐渐减少,土壤表层（0—10cm）中各径级细根的生物量最高,Ⅰ级细根（根直径0～1mm）的生物量在不同土层深度间差异显著（P〈0．05）;距树干不同水平距离处各径级的细根生物量差异均未达到显著水平（P〉0．05）。在0～10cm土层中,各径级细根生物量的季节变化差异显著（P〈0．05）,均表现为单峰型,峰值出现在9月份;在10～20cm和20-30cm土层中,Ⅰ级和Ⅱ级（根直径1～2mm）细根生物量季节变化差异显著,Ⅲ级细根（根直径2～5mm）和Ⅰ级死根（根直径0～2mm）生物量季节变化差异不显著。     

中亚热带森林植物多样性增加导致细根生物量“超产”

细根在森林生态系统C分配和养分循环过程中发挥着重要作用, 但对地下细根与植物多样性之间关系的研究相对较少。该研究选择中亚热带从单一树种的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林到多树种的常绿阔叶林(青冈(Cyclobalanopsis glauca)-石栎(Lithocarpus glaber)林)的不同植物多样性梯度, 用根钻法采集细根并测定其生物量, 用Win-RHIZO 2005C根系分析系统测定细根形态参数, 以验证以下3个假设: 1)植物种类丰富度高的林分其细根生产存在“地下超产”现象; 2)根系空间生态位的分离水平是否随着植物多样性增多而增大? 3)细根是否通过形态可塑性对林木竞争做出响应?结果显示: 从单一树种的杉木人工林到植物种类较复杂的青冈-石栎常绿阔叶林, 0-30 cm土层的林分细根总生物量和活细根生物量均呈增加的趋势, 即细根总生物量为杉木林(305.20 g·m^-2) <马尾松(Pinus massoniana)林(374.25 g·m^-2) <南酸枣(Choerospondias axillaris)林(537.42 g·m^-2) <青冈林(579.33 g·m^-2), 活细根生物量为杉木林(268.74 g·m^-2) <马尾松林(299.15 g·m^-2) <南酸枣林(457.32 g·m^-2) <青冈林(508.47 g·m^-2), 各森林类型之间的细根总生物量差异显著(p < 0.05), 但活细根生物量差异不显著。土壤垂直剖面上, 除杉木林细根生物量随土层变化不显著外, 其他森林类型的活细根生物量和总细根生物量均随土层变化显著, 表层细根生物量随树种多样性的升高呈减小趋势, 据此推测树种间的生态位分离水平逐渐增大。植物多样性的不同对林分的细根形态及空间分布格局影响不显著, 细根形态可塑性对生物量变化响应不明显。     

磷添加对中亚热带米槠和杉木细根分解及其酶活性的影响

为深入探讨磷(P)有效性对中亚热带地区林木细根分解及其胞外酶活性的影响,选取福建省三明格氏栲自然保护区内米槠天然林为分解的实验样地,采用网袋法以该区域较为典型且底物P含量有显著差异的米槠和杉木细根为研究对象,进行P添加试验。各施P水平分别为高磷(HP,360 kg P hm~(-2)a~(-1))、中磷(MP,240 kg P hm~(-2)a~(-1))、低磷(LP,120 kg P hm~(-2)a~(-1))和对照(CT,0 kg P hm~(-2)a~(-1))。结果显示:在2 a分解期内,米槠细根分解快于杉木细根,呈先快后慢的变化趋势;P添加提高了细根的分解速率,对分解起促进作用,且对P含量较低的杉木细根促进作用更强,但未随施P水平的提高分解呈加速的现象。总体上,米槠细根分解各种酶活性及总的累积酶活性均显著高于杉木细根;主要降解纤维素的水解酶活性呈先升后降,主要降解木质素的氧化酶活性呈增长趋势;P添加降低了酸性磷酸酶(AP)活性,而提高了β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(Ph Ox)和过氧化物酶(Per Ox)活性;回归分析显示细根的分解速率与水解酶呈显著的二次函数关系,与氧化酶呈显著的指数关系。研究表明,P是影响中亚带林木细根分解的主要因素之一,分解过程中酶活性的变化可用于解释细根的分解速率。对土壤P有效性低的中亚热带地区林木细根分解的机理探讨,有助于进一步了解森林生态系统的养分循环并为森林经营提供决策参考。     

杉木成熟林细根形态与功能特征的海拔梯度变异特点

为探究植物对环境变化的适应策略,在安徽省金寨县天马国家自然保护区,以不同海拔高度(750、850、1000、1150 m)杉木(Cunninghamia lanceolata)成熟林为对象,采用土钻法获取土壤细根样品,分别测定了不同海拔不同土层(0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm)土壤细根生物量、形态特征参数和碳氮含量。结果表明:(1)随海拔梯度增加,0—30 cm土层细根生物量、根长密度、比根长、表面积密度、体积密度均呈先减少后增加趋势,在海拔750 m生物量最大,其余指标在海拔1150 m最大;随土层深度增加,同一海拔细根生物量、根长密度、表面积密度、体积密度均呈减少趋势。(2)随海拔梯度增加,0—30 cm土层细根C和N含量呈先增加后减少趋势,C/N比呈先减少后增加再减少趋势;随土层深度增加,同一海拔细根C含量呈先减少后增加趋势,N含量呈降低趋势,C/N比呈上升趋势。(3)细根N含量与生物量、根长密度和体积密度显著正相关,C/N比与生物量、根长密度、表面积密度和体积密度极显著负相关。(4)土壤水分对细根生物量及其形态指标影响显著。     

中亚热带不同林龄杉木人工林径级结构与林下物种多样性分析

采用典型抽样法,以位于中亚热带的福建省将乐县的杉木〔Cunninghamia lanceolata ( Lamb.) Hook.〕人工林为研究对象,对10、15、20、25、30和40 a林分的径级结构、林下植被组成以及物种多样性变化进行调查和分析。结果表明：不同林龄杉木人工林的径级结构均呈正态分布,均在接近平均胸径的径级上植株数量最多;径级和密度间的关系可以用3参数的Gaussian函数表征;不同林龄间胸径差异显著。杉木人工林林下分布有45科80属97种植物,其中灌木层69种、草本层28种,物种丰富,但不同林龄的林分内各种类的重要值差异较大,且不同林龄的林分间优势种、共有种和独有种均明显不同。随林龄的增加,林下灌木层和草本层的物种组成、丰富度指数( R0)、Simpson多样性指数( D)和Shannon-Wiener多样性指数( H′)、Pielou均匀度指数( Jsw )和Alatalo均匀度指数( Ea )均有明显变化。10 a林分的林下物种数量最少(18种),而20 a林分的林下物种数量最多(40种)。林下灌木层的D和H′值分别为0.827~0.923和1.956~2.917,且随林龄的增加均呈“上升—下降—平稳”的变化趋势;灌木层的Jsw和Ea值分别为0.876~0.959和0.686~0.890,随林龄增加均呈“降低—升高—降低—升高”的变化趋势,且均在20 a林分中最小、在25 a林分中最大。林下草本层的D和H′值分别为0.639~0.898和1.274~2.435,并随林龄增加均呈波动的变化趋势;草本层的Jsw和Ea值分别为0.775~0.949和0.663~0.896,随林龄增加均呈“降低—升高—降低—升高—降低”的变化趋势,且均在15 a林分中最小、在10 a林分中最大。总体上看,林龄对杉木人工林林下灌木层和草本层的物种丰富度指数和多样性指数以及草本层的均匀度指数均有显著影响。根据研究结果,建议在杉木人工林的经营过程中对林下物种进行合理配置,并进行合理间伐,以促进林下植被的生长发育。     

华西雨屏区香樟人工林土壤表层细根生物量和碳储量

2010年11月-2011年12月, 研究了华西雨屏区31年生香樟人工林土壤表层(0～30 cm)细根生物量及碳储量.结果表明: 香樟人工林土壤0～30 cm层细根总生物量(活根+死根)和碳储量的平均值分别为1592.29 kg·hm^-2和660.68 kg C·hm^-2,其中活细根贡献率分别为91.1%和91.8%.随着土壤深度的增加,香樟1～5级活细根和死细根的生物量及碳储量均显著减少;随着根序等级的升高,香樟活细根生物量及碳储量显著增加.香樟细根总生物量及碳储量均在秋季最高、冬季最低,死细根生物量及碳储量为冬季最高、夏季最低;1级根和2级根生物量及碳储量均在夏季最高、冬季最低,而3~5级根则为秋季最高、冬季最低.土壤养分和水分的空间异质性是导致细根生物量和碳储量变化的主要原因.     

距树干不同距离处华北落叶松人工林细根生物量分布特征及季节变化

 该文研究了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林细根生物量水平分布和季节变化特征。采用钻土芯法(土钻内径7.0 cm), 在距树干20、50和100 cm处设取样点, 每个样点处分3层(0~10、11~20和21~30 cm)钻取土芯, 取样时间为5、7、9和10月。华北落叶松人工林细根(≤2 mm)生物量全年平均值为224.89 g&#8226;m^–2, 在水平分布上表现为100 cm处细根生物量最大(244.20 g&#8226;m^–2), 其次为20 cm处(221.03 g&#8226;m^–2), 50 cm处最少(209.45 g&#8226;m^–2)。在0~30 cm土层, 总细根(包括活跟和死根)生物量季节变化范围在169.67~263.09 g&#8226;m^–2之间, 9月细根生物量最大, 5月细根生物量最少。0~10 cm土层细根生物量季节变化差异显著(p＜0.05), 11~20和21~30 cm差异不显著(p＞0.05)。距树干100和20 cm处(0~10 cm土层), 细根生物量的季节变化差异明显(p＜0.05), 9月总细根生物量最大(172.82和185.68 g&#8226;m^–2), 5月总细根生物量最少(69.28和73.47 g&#8226;m^–2); 50 cm处季节变化差异不明显(p＞0.05)。细根生物量分布和季节变化不仅受土壤垂直格局影响同时也与距树干不同水平距离有很大的关系。     

采伐干扰对华北落叶松细根生物量空间异质性的影响

以华北落叶松天然林为研究对象,选择采伐干扰林分(样地A)和未采伐干扰林分(样地B),利用根钻法分3层(0—10cm,10—20cm,20—30cm)获取各径级细根(≤1mm、1—2mm、2—5mm3级活细根,≤2mm死亡细根)生物量数据。采用地统计学变异函数和经典统计相结合的数据分析方法对采伐干扰造成的细根生物量空间异质性的变化进行定量研究。主要研究结果如下:采伐干扰林分样地A各经级细根生物量均值减少;同一土层相同径级细根生物量样地A与样地B相比差异显著(P<0.05);不同土层的细根生物量异质性具有显著差别(P<0.05)。0—10cm土层,未采伐干扰林分≤1mm细根生物量呈现较明显的空间自相关变异,采伐干扰林分则表现为随机性变异特征,采伐干扰导致≤1mm细根生物量空间分布特征更加复杂(分维数D=1.978);10—20cm土层,采伐干扰林分各径级细根生物量异质性程度明显降低,只有未采伐干扰林分的5.4%—88.9%。20—30cm土层,未采伐干扰林分≤1mm细根生物量在较小尺度范围(<2.9m)表现出明显的空间自相关变异(结构方差比86.1%),受采伐干扰林分各径级细根生物量异质性程度只有未采伐干扰林分的8.9%—45.9%,且呈现随机性变异。各径级细根生物量空间异质性的垂直分异均表现为随土层深度的增加异质性强度明显降低。     

杉木人工林细根寿命的影响因素

利用微根管技术探讨细根径级、序级、出生季节、土层和林龄对福建南平18年生和90年生杉木人工林细根寿命的影响。杉木林细根中值寿命随径级增大而延长,18年生杉木人工林直径d≤0.3 mm、0.3<d≤0.6 mm、0.6<d≤1.0 mm和d>1.0 mm的细根中值寿命分别为(125±47) d、(158±16) d、(248±18) d和(272±53)d;90年生杉木人工林直径d≤0.3 mm和0.3<d≤0.6 mm的中值寿命分别为(95±20) d和(200±17) d,而0.6<d≤1.0 mm和d>1.0 mm的细根在观测期结束时,其累积存活率仍高于50%。18年生和90年生杉木高序级细根累积存活率都显著高于一级根,一级细根中值寿命分别为(180±13) d和(200±18) d,而高级根在观测期结束时,其累积存活率仍大于50%。18年生杉木秋季出生的细根累积存活率显著高于夏季,90年生杉木冬季和秋季出生的细根累积存活率均极显著高于春季和夏季。18年生杉木冬季、秋季、春季、夏季出生细根的中值寿命分别为(216±16) d、(248±12) d、(172±6) d和125 d;90年生杉木秋季、春季、夏季出生细根中值寿命分别为383 d、(127±23) d和(106±19) d,而冬季出生的细根在观测期结束时累积存活率仍在50%以上。90年生杉木细根累积存活率随土壤深度增加而显著增加,土层深度0< D≤20 cm和20<D≤40 cm细根中值寿命分别为(156±14) d和(241±24) d,而40<D≤60 cm土层细根寿命在观测期结束时累积存活率仍在50%以上;18年生不同土层细根累积存活率则均无显著差异,中值寿命分别为(187±19) d、(216±28) d和(120±47) d。不同林龄相同径级或序级细根的存活曲线均无显著差异;除了夏季外,不同季节出生的同生根群存活率曲线在不同林龄之间均具有显著差异;0<D≤20cm、20<D≤40cm土层细根存活曲线在不同林龄间无显著差异,但40<D≤60cm土层的细根存活曲线在不同林龄间则存在显著差异。     

模拟增温对中亚热带杉木人工林土壤磷有效性的影响

气候变暖改变与土壤磷循环相关的生物地球化学过程,对陆地生态系统磷循环产生直接或间接影响。为研究亚热带地区杉木人工林土壤磷有效性对增温的响应,开展了模拟增温实验。实验设置对照组及增温组(5℃),经过1.5a的短期增温,对杉木人工林的土壤全磷、有机磷、微生物量磷、有效磷、酸性磷酸酶活性及相关土壤理化性质进行测定,结果表明:增温处理下,土壤酸性磷酸酶活性提高约1.5倍,土壤全磷、微生物量磷以及有机磷含量分别减少了6%、34%和12%,土壤有效磷含量增加25%。可见,短期增温通过提高土壤磷酸酶活性进而促进土壤有机磷矿化和降低土壤微生物固磷量,从而增加土壤磷有效性,但是增温导致潜在可利用的土壤微生物量磷大幅度的降低,将有可能加剧亚热带杉木人工林土壤磷限制。     

亚热带杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林生长与土壤养分对氮沉降的响应

为探讨亚热带森林对氮沉降增加的响应,项目在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验,分N0(对照)、N1、N2、N3等4种处理,N沉降量分别为0、60、120、240(kgNhm-2a-1)。通过3a的研究发现,中高氮处理(N2、N3)明显促进了杉木胸径的生长,而低氮处理(N1)则没有产生明显影响。氮沉降对树高生长也有明显的促进作用,但随着氮沉降水平的增加其影响有减弱趋势。通过各水平N处理后,杉木年平均蓄积增长量分别为28.82、28.96、32.63m3hm-2和33.68m3hm-2,表明N沉降在一定程度上增加了林分蓄积量的积累,但处理之间的差异没有达到统计上的显著性水平。随着氮沉降水平的增加,NH4 -N和NO3--N含量明显上升,而土壤pH值、有机质、速效P、速效K和交换性Ca、Mg含量则呈下降趋势。杉木针叶养分状况对氮沉降的响应也比较敏感,N1、N2、N3处理使针叶平均N含量分别增加18.25%、11.68%和13.14%,但对P、K、Ca、Mg含量表现出一定的抑制作用。     

不同树龄杨树(Populus balsamifera)人工林的土壤呼吸空间异质性

土壤呼吸作用的空间异质性对土壤碳收支的准确评估起重要作用.通过对新疆伊犁地区3个生长阶段杨树人工林的土壤呼吸速率、土壤环境因子和细根生物量的测定,分析了土壤呼吸速率的空间变异及其影响因素.结果表明:在整个生长季,土壤呼吸空间变异系数(CV)为5.7％ ～42.6％.2、7和12年生杨树人工林的平均土壤呼吸速率分别为5.74、5.10和4.71 μmol·m-2·s-1,空间变异系数分别为28.8％、22.4％和19.6％,差异显著.逐步回归分析表明,5 cm土壤温度、表层土壤氮含量及细根生物量是决定土壤呼吸空间异质性的主要因子,可以共同解释86％的土壤呼吸变异.此外,由于测点距树干的位置不同,使土壤温度和细根生物量等因子发生了改变,也会导致土壤呼吸的空间变异.在估算杨树人工林土壤碳排放量时,应考虑其在不同生长阶段土壤呼吸速率的空间变异.     

增温对亚热带杉木人工林土壤微生物呼吸及熵值的影响

增温通过改变微生物生物量和微生物代谢状况影响土壤微生物呼吸。然而,有关亚热带地区土壤微生物呼吸如何响应长期土壤增温尚不清楚。以增温7年后的杉木人工林为研究对象,比较增温对杉木人工林土壤微生物呼吸和微生物代谢熵的影响。结果表明:(1)增温后,微生物生物量碳在8月份和12月份分别降低了32.1%和59.8%(P<0.05)。(2)增温后土壤基础呼吸与底物诱导呼吸与对照相比均无显著差异;水分添加后,与基础呼吸相比,增温和对照的土壤呼吸在8月显著增加了38.3%和104.8%;葡萄糖添加后,增温和对照的底物诱导呼吸在8月份分别显著增加了113.1%和152.9%,在12月份分别显著增加了118.0%和160.9%(P<0.05)。(3)增温后,微生物代谢熵在12月显著增加了127.7%,8月无显著变化(P<0.05)。(4)在增温和对照处理中,微生物代谢熵与可溶性有机碳和微生物生物量碳含量呈负相关,与土壤含水率正相关(P<0.05)。研究结果表明,土壤增温7年后碳的可利用性和水分的降低是影响杉木人工林土壤微生物呼吸的重要因素。     

杉木人工林C库与C吸存的动态研究

对湖南会同10年生、14年生杉木人工林C库和C吸存的动态研究结果表明,杉木人工林生态系统的C库主要由植被层、死地被物层、土壤层组成的,按其C库大小顺序排列为土壤层>植被层>死地被物层。10年生、14年生杉木林生态系统的C库分别为120.52和171.40t.hm-2,具有一定的年龄阶段和地带性特点。随着杉木林年龄的增长,乔木层C贮量的优势逐渐加强,从10年生的30.38t.hm-2增加到14年生的61.24t.hm-2,分别占总C库的25.21%和38.50%,树干C贮量占林分C贮量的比例最大,可达47.17%以上,并随杉木林年龄的增长而明显增强,分布在枝、叶、皮和根中的C贮量占48.11%以上,地上部分的C贮量占总C贮量的84.73%以上。10年生和14年生林地土壤层(0~60cm)的C库分别为88.21和108.20t.hm-2,占生态系统总C库的63.13%以上,土壤表层(0~15cm)的C储量分别占土壤总C库的36.57%和34.26%,土壤0~30cm层中的C储量分别占土壤总C库的63.44%和61.05%。地上部分C贮量与地下部分C贮量之比为10年生时为1∶3.53,14年生时为1∶2.22。10年生和14年生杉木人工林生态系统的年净固定C量分别为5.488和9.285t.hm-2.a-1。湖南省现有杉木林植被C库为0.1916×108t,潜在C库为1.4710×108t,C吸存潜力为1.2794×108t,湖南省现有杉木林植被的C库仅为其潜在C库的13.03%,低于全国水平26.46%。     

亚热带地区阔叶林与杉木林土壤活性有机质比较

通过对亚热带3个地区地带性阔叶林和杉木林土壤活性有机质的比较,分析森林类型变化及杉木连栽对土壤有机碳和养分含量的影响.结果表明：地带性阔叶林转变为杉木林后,土壤总有机碳含量下降27.8%～52.1%、腐殖酸碳下降32.2%～52.8%、胡敏酸下降36.4%～59.0%、富里酸下降29.7%～50.0%;杉木连栽也使土壤总有机碳和腐殖质含量下降.森林类型改变和杉木连栽对土壤活性有机质的影响更明显.杉木林取代阔叶林后,土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量的最大降幅分别为61.8%、38.2%、43.3%和69.0%;与第1代杉木林相比,第2代杉木林土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量的最大降幅分别为34.7%、29.3%、30.4%、18.4%.经相关性分析,除冷水浸提有机氮外,土壤活性有机质与养分含量之间具有密切的相关关系.     

模拟氮沉降对杉木幼苗细根的生理生态影响

细根对氮沉降的生理生态响应将显著影响森林生态系统的生产力和碳吸存。为了揭示氮沉降对杉木细根的生理生态影响,对一年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗进行了模拟氮沉降试验,并测定施氮1年后杉木幼苗细根生物量、细根形态学特征(比根长、比表面积)、元素化学计量学指标(C、N、P、C/N、C/P、N/P)、细根代谢特征(细根比呼吸速率、非结构性碳水化合物)。结果表明:(1)杉木细根生物量随氮添加水平的升高而显著降低,尤其是0—1 mm细根生物量;细根比根长和比表面积随氮添加水平升高而显著增大。(2)氮添加后杉木细根C含量、C/N、C/P显著降低,高氮添加导致1—2 mm细根N含量和N/P显著升高,而低氮添加导致1—2 mm细根P含量显著升高、N/P显著降低,而0—1 mm细根的N、P含量则保持相对稳定。(3)氮添加后杉木细根比呼吸速率无显著变化,细根可溶性糖含量随氮添加增加而显著增加,而淀粉含量和NSC显著降低。综合以上结果表明:氮添加后用于细根形态构建的碳分配减少,这可能会减少土壤中有机碳的保留,0—1 mm细根的形态更易发生变化,但是其内部N、P养分含量相对更稳定以维持生理活动,细根NSC对氮添加的响应表明施氮可能导致细根受光合产物的限制。